胡蔚

摘 要：研究了一种新型的光纤测温技术及装置，其核心是基于砷化镓传感器对波长的吸收特性。介绍了该测温系统的组成和功能，分析了其在成都地铁中的应用实例，以及实际测温结果与地铁主所负荷的关系。

关键词：光纤测温;砷化镓;地铁;波长;负荷

1 引言

大型油浸式变压器，通常负荷较大，运行过程中会产生较大热量，威胁变压器运行寿命。因此变压器的温度监测对故障预测，寿命预测有重要意义[1-2]。测温方法可以分为间接法和直接发两种方式，其中间接法是进行外部测温后，通过散热模型，折算至绕组温度，这种方法对误差较大，已逐步淘汰。直接法是在变压器出厂时，将测温探头埋入绕组，从而直接测量绕组温度，常用的方法是采用热敏电阻等测温元件，但这种方法会受到变压器内部磁场影响，从而影响测温精度[3]。

随着测温技术的发展，近年来光纤测温逐步兴起，这种方法具有抗电磁干扰、电绝缘、体积小、耐腐蚀、本质安全等优点，测温精度和实效性都较好。在电力系统领域，国网和南网都已经有了应用[4]。

目前国内地铁主变电所，通常采用110/35kV两级交流电压集中供电模式，主变容量能达到25-63MVA，然而，地铁网络相对独立，且由于建设、管理等方面原因，其主变测温技术相对落后。

本文主要介绍了基于砷化镓（GaAs）测温传感器的，光纤测温基本原理，及其在成都地铁中的应用，可以为未来工程建设提供参考和建议。

2 光纤测温系统

2.1 测温原理

本文介绍的光纤测温系统是基于砷化镓（GaAs）测温传感器的，不同于传统的光栅原理，该型测温装置的基本原理是利用GaAs对白光吸收原理。当光纤中传输的白光信号，通过GaAs传感器时，一部分波长的光会被吸收，而吸收的波长会由温度决定，如图所示，

因此GaAs的反射光谱线与温度存在一个对应关系，该谱线可在实验室条件下测得，如图所示，

综上所述，该测温技术的核心是观测光信号波长的变化，而非光强的变化，因此其不受不受光纤弯曲或光源波动的影响，抗干扰能力比荧光衰减型光纤传感器更强[5]。

2.2 测温系统

光纤测温是一套完成的系统，其包含传感器、贯通器、贯通盘、贯通盘保护罩、外部延长光纤和控制器等部分构成，其组成图下图所示，

其中，传感器可采用圆盘形式，负责采集变压器内部温度，不受电磁干扰和射频干扰影响，且能安装于油浸式变压器中。贯通器是光纤和变压器油箱壁的连接元件，具有抗化学腐蚀、安全可靠特点。外部延伸光纤为62.5μm的多模光纤， 护套采用聚氨酯和芳纶材质进行加固，负责将传感器采集到的信号传输出来。控制器将传输出来的信号变化为可读的数字信号输出，同时可具备其他人机交互功能。

3 光纤测温在国内外应用

该光纤测温系统已广泛应用在国内外大型变压器中，例如，土耳其820MVA/400kV大型变压器，澳大利亚40MVA/132kV Kennedy 能源公园项目，意大利至黑山500kV直流输电，印度PGCIL 765kV 国家电网项目，澳大利亚Mercer风电场集群等。目前所有项目运行稳定，反馈效果良好。

4 光纤测温在成都地铁的应用

光纤测温在成都地铁已经开始推广应用，其中3、5、8号线等都采用了该系统，本文以庙儿堰主所为例，介绍该系统的具体应用实例。

由于传感器需预埋入变压器绕组，因此需在变压器生产时完成配合，变压器运抵安装现场后，仅进行现场接线，测温控制器就地安装在主变，同时温度信号经控制器处理后传送至主控室，在工作站中显示。图4所示为就地控制箱，

由图可知，温度曲线具有正弦特性，在晚高峰時段达到温度峰值，凌晨时段运行温度最低，这与列车调试及运行规律相符，平均温度约42.9°。

5 总结

砷化镓型光纤测温系统，依靠波长与温度的对应特性，而非光强，对温度进行测量，克服了现有技术受光纤弯曲、波动等原因带来的测量误差，且有效缩小了光纤直径，提高了相应速度。以110kV庙儿堰主所为例，介绍了该型测温系统在成都地铁中的应用，提供了实际工程的安装实例，并对测量的温度曲线进行分析，对光纤测温的推广和进一步工程应用有积极意义。

参考文献

[1] 吕启深， 张欣， 黄荣辉. 光纤测温技术在油浸变压器内部检测中的应用[J]. 黑龙江电力， 2014， 36（4）， 373-376.

[2] 朱虓宇. 变压器热点温度在线监测及预警系统的研究与设计[D].华北电力大学， 2016.

[3] 许聚武. 油浸式变压器三维温度场建模及在线温度监测系统研究[D]. 江西理工大学， 2009.

[4] 刘云鹏， 李昕烨， 李欢， 尹钧毅， 范晓舟，高树国. 内置分布式光纤传感的35 kV油浸式变压器研制[J].高电压技术， 2020， 46（06） ：1886-1894.

[5] 熊艳斌. 油浸变压器测温光纤特性研究[J]. 电子制作， 2014， （19）， 289-290